复杂地质条件智能化综采建设介绍-川煤集团智能化综采技术
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1、王寿全,硕士,教授级采矿高级工程师,现任四川省煤炭产业集团有限责任公司党委委员、副总经理。长期从事煤矿安全生产技术管理工作。参加了多项省部级科技项目攻关,获得国家和省部级科技进步奖6项,其中,国家科技进步二等奖1项;获授权发明专利5件、实用新型专利12件;发表、交流学术论文多篇。2021年荣获“煤炭工业突出贡献总工程师”荣誉称号。联系电话:13981713117复杂地质条件智能化综采建设介绍01四川省煤炭产业集团有限责任公司,是四川省委、省政府为优化调整煤炭工业结构,促进煤炭工业健康发展,于2005年8月28日以四川省内国有重点煤矿为基础组建的大型企业集团。现核定生产能力1478万吨/年,年生
2、产煤炭1200万吨左右,共有生产矿井20对。公司2019年5月在龙滩煤矿,建成了四川省首个智能化采煤工作面,至今,共计建成15个智能化采煤工作面。厚度在1.3m以下的薄和极薄煤层占60%,(其中,0.8m以下的极薄煤层占30%),1.3m3.5m的中厚煤层占39%(大部分煤层厚度在2m以下),大于3.5m的厚煤层占1.0%。断层、陷落柱、褶曲多,节理、裂隙发育,煤层结构复杂,煤层厚度、倾角变化大,顶、底板稳定性差。近水平和倾斜煤层占55%,大倾角和急倾斜煤层占45%。(其中倾角3570 的煤层占总量的30%)。煤层赋存以复杂煤层为主,地质条件极差。川煤集团煤炭资源赋存情况:川煤集团矿井灾害情况
3、:川煤集团煤层赋存条件复杂、灾害严重,在这种情况下,川煤集团依靠科技进步,走创新驱动发展之路,在复杂地质条件下综合机械化开采、智能化开采和提高智能化效率方面开展了一些探索。p 水、火、瓦斯、煤尘、硫化氢、顶板等各种灾害在各矿井中都不同程度存在。随着开采深度增加,灾害不断升级,水、火、煤与瓦斯突出、硫化氢等各类灾害较严重。p 煤层瓦斯含量一般10-25m3/t,煤层最大瓦斯压力达5.6MPa。p 煤层都是低透气性难抽采煤层。p 20对生产矿井中,煤与瓦斯突出矿井7对,高瓦斯矿井11对,低瓦斯矿井2对。02 川煤集团的机械化之路,起源于煤炭市场走入低谷的上世纪九十年代后期。当时的华蓥山广能公司面临
4、生存难题。广能公司坚持了创新发展理念,和西安科技大学合作,于1998年攻克了大倾角综合机械化开采的世界难题,提高了生产效率、扭转了安全被动局面,也使广能公司摆脱了困境,为川煤集团走向机械化道路打下了良好的基础。我们认识到,川煤集团要生存和发展,就必须实现急倾斜和薄煤层安全高效开采,要实现急倾斜和薄煤层安全高效开采,机械化是唯一出路。在国内外研究较少,没有成熟的装备和技术的情况下,我们决定以自主创新为主,联合科研院所,开展技术攻关和设备研发2005年川煤集团成立之初,受装备、技术和观念的限制,急倾斜煤层采用倒台阶、柔性掩护支架等采煤方法,薄煤层和极薄煤层采用炮采或风镐落煤,导致机械化水平低(全集
5、团综采率仅23.2%)、安全状况差、用人多、效率低、效益差。川煤集团从2006年起开始攻克急倾斜(大于45)综合机械化开采这一世界级的难题。借鉴大倾角综合机械化开采经验,川煤集团研发出具有自主知识产权的急倾斜综采“三机”装备,2008年率先在广能公司绿水洞煤矿实施,在平均倾角50,局部倾角达到56的工作面开采获得成功。自主研制的急倾斜工作面成套装备(支架、采煤机、运输机、双通道横式端头支架)。架间挡矸装置 架前挡矸装置 自动调平衡装置 可伸缩连接装置过失强制制动 整体铸造销排 防陷装置 侧向推移装置液压支架采煤机刮板输送机通过十余年的持续攻关,持续改进。大倾角综采适应煤层倾角从30多度提高到6
6、0;形成了“理论-技术-装备”一体化集成创新成果。项目获得2012年国家科技进步二等奖。为解决李子垭煤矿下分层薄煤层(平均煤厚0.85米)综采技术难题,川煤集团2006年在国内进行了公开招标。因为课题难度较大,导致招标失败。川煤集团自主研制了薄煤层骑铲板悬臂式采煤机综采成套装备,实现0.81.3m薄煤层双滚筒采煤机综合机械化高效开采。工作面生产现场 三机地面试车现场 项目于2012年获得成功,在平均煤厚0.85米(采高1.1-1.2米)的李子垭煤矿下分层工作面,纯煤月产量平均达3万吨。成功研制了爬底式电牵引采煤机,2011年在达竹公司斌郎矿实现极薄煤层0.8m以下综合机械化开采,极限最小采高0
7、.55m,月产量约1.2万吨。手 工开采综合机械化开采 通过多年的实践表明,薄煤层和极薄煤层,采高控制在1.3米左右,综合效益最好。03PART 3 在复杂地质条件下的综合机械化开采技术基础上,为了适应时代的发展和行业科技进步的要求,川煤集团在智能化综采方面开展了一些探索。首先在条件较好的近水平煤层开展智能化工作面建设,然后在倾斜煤层进行智能化开采研究,再在大倾角、急倾斜煤层进行智能化开采攻关。以下属装备制造公司技术总牵头,进行规划、设计、研发、建设。序号 名称 内容1 编制智能化工作面实施方案包括工作面井巷通风、供电、供水、供液、排水、运输设计及设备选型、资金预算等内容,对项目的建设具有实际
8、指导作用。2 智能化设备配套选型设计及优化以综采设备制造设计、井下开采多年的经验,解决三机配套中两端卧底量配套难题,两巷出口防护、快速推移难题,解决影响开采快速推进的关键问题。3 全程参与指导设备设计、配套、商谈签订技术协议、地面组装调试、井下安装调试、生产、拆除等过程的技术服务,解决多个厂家技术协调难题,确保该项目按时实施。4 生产工艺、各系统优化设计根据产能要求和煤层赋存条件,进行生产工艺、各系统组织优化,满足设计产能。5 智能化设备技术规格编制对各种设备、材料的技术方案、技术要求、参数、计划等智能化项目实施的各类资料进行审核,查缺补漏,对存在的问题及时向甲方通报并提出意见和建议。6 安装
9、、调试、生产、回撤保姆式服务编制地面、井下联合调试规程,设备操作规程,智能化作业规程,负责安装指导、调试工作,统一指挥各厂家技术人员进行地面、井下联合调试工作,并共同完成试运行工作,组织解决调试过程中存在的问题,协调各厂家整改完善,并在今后的设备运行过程中配合协调解决存在的技术问题和纠纷。7 监理协助工作对综采工作面各设备厂商生产过程的监理提供智能化相关方面必要的设备验收技术协助。8 全过程工作面液压系统管理包括支架生产过程质量管理、支架液压系统装配管理、水处理系统及管路安装管理、运输或工作面安装过程管理、维修及使用人员教育和培训及规程作业管理,保证智能化工作面电液控系统零故障。9 培训工作并
10、协调综采“三机”、集中控制系统操作及采煤工艺等的技术培训工作。提供井下实际操作培训基地,积极协助矿方在工作面井下安装前完成生产技术现场实操培训,为矿方人员打下基础。综采工作面采用自动控制和可视化远程干预控制技术代替传统手动操作,实现井下现场集中控制和地面远程控制工作面割煤、推溜、拉架、运输及超前支护等工艺智能化。实现工作面智能化工艺的井下集中控制和地面远程控制,实现:(1)减人提效增产;(2)智能化控制;(3)安全生产。减人提效增产安全生产 智能化控制目前,已投入15套薄煤层、大倾角、急倾斜智能化装备。2019年5月,四川首个智能化矿井,国家第一批智能化示范矿井在龙滩煤矿建成。该矿是煤与瓦斯突
11、出矿井,煤层倾角37,煤厚1.3-2.5米,平均煤厚1.8米,实现了设备一键启停、支架自动跟机、采煤机记忆割煤等智能化功能。月单产由5万吨增加至10万吨,最高月产达15万吨,同步实现了运输巷110工法沿空护巷作业。2020年12月,在大宝顶煤矿建成倾斜煤层智能化采面。大宝顶煤矿属于高瓦斯矿井,该工作面煤层倾角2133、平均倾角26,平均煤厚2米,实现了自动跟机挡矸、人员近感探测、下端头和超前支护纳入智能化系统等倾斜煤层智能综采特色功能。生产班由21人减少至10人、工效突破30吨/工、月单产由3.5万吨增加至6万吨,最高月产10万吨。2022年12月,在石洞沟煤矿建成急倾斜大采高智能化采煤工作面
12、。是首个“柔采改综采”工作面,煤厚2.72-4.74m,平均采高3.73m;煤层倾角45-69,平均倾角57。实现了支架自动接顶、中心距精细管理、采高监测控制等急倾斜智采特色功能。月单产由2万吨提升至4-5万吨,自动跟机率达到70%,同步实现了运输巷超前沿空护巷。该类煤层智能化开采还有一些技术和管理问题需要解决。2023年1月,在太平煤矿建成急倾斜薄煤层智能化采煤工作面。该面煤层厚度1.1-1.8米,平均厚度1.25米、平均倾角52,是攀枝花市首个急倾斜俯伪斜开采面。实现了缆线自动拖移、智能化设备俯伪斜布置等急倾斜智采特色功能。月单产由1.5万吨提高到3.5万吨,自动跟机率达到75%,并成功试
13、验了急倾斜煤层沿空护巷。2023年3月,在太平煤矿建成三软厚煤层急倾斜智能化采煤工作面,平均厚度3.87米、平均倾角46,底板为煤与泥岩组成复合软底。实现了智能抬底、整体自动移架的复杂煤层智能化特色功能,通过软底区域注浆加固提高底板强度等方式,保障三软厚煤层成功实现智能化开采。该矿21-2煤层以前无成功实施综采的先例,月单产6万吨,自动跟机率超过80%,实现了该矿急倾斜软底厚煤层综采技术的重大突破。亮点1:提出了新的开采工艺方法急倾斜俯伪斜开采方法,提升了煤壁稳定与支架受载均衡程度,降低围岩对装备影响,为45 70煤层智能化开采提供了重要的方法支撑。原有8个割煤工艺段 优化至4个,高效割穿煤壁
14、,提高了端头割煤效率。即“下行割通工作面-上行收浮煤-上行斜切进刀割底煤-下行割煤”亮点2:装备技术l研制了自适应防倒防滑、三维位态智能监测控制的急倾斜薄及中厚煤层俯伪斜系列液压支架。l研发了直驱滚筒采煤机,彻底解决下截割部润滑降温难题。l研发了机头机尾大卧底量和大托底自动辅助推移技术,为工作面上、下端头高效快速割煤创造有利条件。亮点3:智能全方位煤矸及人员防护技术COR,BE0.5ECOR,max ECOR,max最高风险状态E=(1ECOR,BE).E最低风 险状态E EdV IV III0.5EmaxE(J)E(J)EmaxE dE00II Il 研发了全掩护、双通道、顶板倾角自适应的端
15、头支护系统,以及倾角自适应超前巷道支架系统。l 提出了急倾斜工作面飞矸分区、分阶段控制方法,发明了飞矸全过程智能防控技术。亮点4:研发了基于中心距管理和自动充分接顶控制技术的协同控制集成系统,支架34个动作智能控制,自动跟机率达90%以上,实现了急倾斜煤层智能化开采。05提高复杂地质条件下智能化的效率,我们的做法主要有两点:首先,智能化工作面的灾害治理要到位,一是瓦斯治理要到位,二是把断层作为灾害治理要到位,三是软底的治理要到位。其次,解决智能化开采带来的采面接替紧张问题,采用沿空留巷技术,降低矿井万吨掘进率,保障正常接替。瓦斯治理:优先选择开采保护层+穿层与顺层钻孔立体式预抽瓦斯(增透技术)
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